04 Propiedades Del Clinker (Fenomenos de Coccion)

Propiedades del clínker

Curso de cemento 2006

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20.04.23/IMHolcim Group Support

Propiedades del clínker: Objetivos

Mejorar los conocimientos sobre:

Los límites de la composición química del clínker

Las características clave del clínker

Cómo usted puede optimizar la producción y las propiedades del clínker

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1. Límites de la composición química del clínker

¿Cuál es la amplitud exacta?

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Composición del clínker: el margen es limitado

• ¿Qué óxidos principales deben estar presentes?

• ¿Qué óxidos menores pueden estar presentes?

• ¿Qué óxidos menores deben limitarse?

• ¿Cuáles son los niveles típicos?

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• Óxidos principales que deben estar presentes:

CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3

• Óxidos menores normalmente presentes:K2O (1,5 %), Na2O (<1,5 %), SO3 (<2,5 %),

• Óxidos menores a veces presentes:BaO (<2,0 %), Mn2O3(<2,0 %), TiO2 (<1,0 %)

• Óxidos menores que deben limitarse:P2O5 (<0,5 %), F (<0,35 %), B2O3 (<0,3 %)

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¿Dónde están los límites? ¿Qué los determina?

• CaO: ? – 65,4 % - ?

• SiO2: ? – 22,2 % - ?

• Al2O3: ? - 5,0 % - ?

• Fe2O3: ? - 2,8 % - ?

Promedios deHolcim

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Diagrama de equilibrio de fases: CaO - Al2O3 - SiO2

CaO Al2O3

SiO2

Representación geométrica de la composición química

(3 componentes)

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CaO Al2O3

SiO2

C3A C12A7 CA CA2 CA6

C2AS

CAS2

A3S2

C3S

C2S

C3S2

CS

Compuestos presentes

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Relación entre los compuestos

CaO Al2O3

SiO2


C2AS

CAS2

A3S2

C3S

C2S

C3S2

CS

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¿Dentro de qué margen se encuentra la

composición del clínker de cemento Portland?

CaO Al2O3

SiO2


C2AS

CAS2

A3S2

C3S

C2S

C3S2

CS

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El limitado margen de composición del clínker

de cemento Portland

CaO Al2O3

SiO2


C2AS

CAS2

A3S2

C3S

C2S

C3S2

CS

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Diagrama de equilibrio de fases: CaO - C3A - C2S

CaO C3A

C2S

C3S24.0 % SiO2

5.4

% A

l 2O 3

70.6 % C

aO

CaO: 65,4 % 70,6 %SiO2: 22,2 % 24,0 %Al2O3: 5,0 % 5,4 %Fe2O3: 2,8 %Total 95,4 % 100,0 %

Corregido

Avg.

a

bc

Holcim

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Diagrama de fases: CaO - Al2O3 - Fe2O3 - SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

SiO2

„C4AF“

C3A

C2SC3S

C2F

CF

CA„C2A“

Límites de la composición del clínker de

cemento Portland

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2. Características clave del clínker

Gama de composición de los minerales individuales del clínker

Sus modificaciones polimorfas

Cantidades de minerales aparente y realmente presentes

Alita,no C3S!

¿El Bogueno escorrecto?!

belita y qué?

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Composición de los minerales individuales del clínker

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Gama de composición (x s) de alita y belitaAlita (C3S) Belita (C2S)

Planta Planta

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Modificaciones polimorfas de los minerales

Igual composición – diferentes propiedades

Grafito (C)Diamante (C)

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Modificaciones polimorfas de la alita (metaestable <1250 °C)

T1 T11 T111 M M11 R600°C 920°C 980°C 990°C 1050°C

Diagramas de rayos X

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Modificaciones polimorfas de la belita

a`H `L 1425°C 1160°C 850°C <550°C

La belita es inerte

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Modificaciones polimorfas de las soluciones sólidas C3A – Na2O

5,7

Temp. °C

1000

500

Na2O (% en peso)1,9 3,7 4,6

Cúbica Cúbica

+

Ortorrómbica

Tetragonal

Monoclínica

Ort

orr

óm

bic

a

No se ha encontrado aluminato

monoclínicoen el clínker

industrial

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No existen modificaciones polimorfas de las soluciones sólidas C4AF

CaOC2F

C3A

CA

C12A7

“C2A“

C6AF2

C4AFSerie de

solucionessólidas

El C4AF es un miembro de la serie

de soluciones sólidas C2F – “C2A“

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Cuantificación de los minerales del clínker

Cálculo de Bogue (rápido, pero aproximado)

Recuento de puntos por microscopio (lento, pero preciso)

Rietveld (difracción de rayos X)(nuevo y prometedor)

Puf! 4.000 puntos!CaO

Fe2O3

SiO2

C4AF

C3A

C2SC3S

C2F

CF

CAC12A7Al2O3

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Precisión del método de Bogue

Real (microscopía) – Bogue (calculado) en % en peso

5 5

10 10

N (Nº. de casos) n

0 10 205 15 25 -15 0-5 5-10

Alita Belita

60 20

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Precisión del método de Bogue

Real (microscopía) – Bogue (calculado) en % en peso

5

10Aluminate Ferrite (Nº. de casos)

Aluminato Ferrita

10 10

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Método de Rietveld (ventajas)

Emplea tecnología conocida (difracción de rayos X)

El software de Rietveld se va mejorando continuamente

Se basa en los minerales presentes y no en la composición química

Elimina el tedioso recuento de puntos por microscopio

Puede automatizarse y los resultados no dependen del operador

Es más exacto que Bogue

Es más exacto que la microscopía para el aluminato y la ferrita

Sirve para cuantificar los retardadores sulfáticos (cemento)

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Método de Rietveld (desventajas)

Aplicación aún no muy difundida, no rutinaria

Los componentes del clínker de cemento Portland presentan diagramas complejos de difracción de rayos X

La instalación es específica para cada planta y requiere un experto

Falta de precisión a concentraciones bajas (CaO libre)

Las fases desconocidas (p. ej. la espurrita sulfática) simplemente se pasan por alto

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3. Cómo USTED puede optimizar la producción de clínker

Microscopio de luz reflejada

Sección pulida, sometida al

ataque químico

Resulta útil poder ver los minerales del clínker

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Aspecto de los minerales del clínker: Alita (idiomofa)

10 µm

Alita

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Aspecto de los minerales del clínker: Alita (xenomorfa)

20 µmPoro

Alita

30


Aspecto de los minerales del clínker: Alita (inclusiones de belita)

40 µm

ResinaAlita

Belita

31


Aspecto de los minerales del clínker: Belita (estructura laminar)

20 µm

Belita

Belita

Alita

32


Aspecto de los minerales del clínker: Belita (estructura digitiforme)

50 µm

Belita

Belita

Alita

digitiforme

digitiforme

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Aspecto de los minerales del clínker: Belita (secundaria)

20 µm

Belita primaria

Belita secundaria

Alita

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Aspecto de los minerales del clínker: Aluminato (cúbico)

10 µmAluminato cúbico

Alita

Belita

Ferrita

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Aspecto de los minerales del clínker: Aluminato (alcalino)

10 µm

Alita

Aluminato alcalino

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Aspecto de los minerales del clínker: CaO libre

50 µmCaO libre

Alita

Poro

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Aspecto de los minerales del clínker: MgO libre (periclasa)

20 µmPericlasa primaria

Alita

Belita

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Aspecto de los minerales del clínker: Sulfato alcalino

50 µm

Poro

Alita

Sulfato alcalino

Belita

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Evaluación del proceso de fabricación de clínker

Un testigo mudo nunca miente.

USTED

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Evaluación del proceso de fabricación de clínker

Cómo lo hacemos en HGRS - MT

PROCESS CHARACTERISTICS OBSERVATIONS INTERPRETATION P*

Raw Meal Preparation

Clinker Structure

Homogeneity of alite and belite

Belite Clusters

Number of clusters

Average size (m) of clusters

Max. size (m) of clusters

Free Lime Clusters

Number of clusters

Average size (m)

Max. size (m)

Other Phases

Alkali sulfates

Burning Conditions

Diffusion distance belite / free

lime

Alite size

Finger shaped belite

Range of burning degrees

Brown colored nodule zones

Magotteaux test

Cooling Conditions

Size of liquid phase crystals

Alite decomposition

Secondary belite

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Mezcla perfecta de harina cruda (textura homogénea de clínker)

150 µmPoro

Alita

Belita

Fase líquida

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Mezcla insuficiente de harina cruda (textura heterogénea de clínker)

200 µmBelita

Alita

CaO libre

43


Molienda insuficiente de harina cruda (partículas de cuarzo de sobretamaño)

30 µm

Poro

CaO libre

Nido de belita (antes cuarzo de sobretamaño)

Alita

44


Molienda insuficiente de harina cruda (partículas de CaO libre de sobretamaño)

50 µm

Poro

Alita

Nido de CaO libre (antes calcita de sobretamaño)

Belita

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Incorporación inadecuada de ceniza de combustible (mezcla con gránulos Lepol no es posible)

1000 µm

Borde con manchas de belita

de la ceniza de

carbón

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Quemado incorrecto del clínker (calentamiento excesivo)

75 µm

Alita grande

con fisuras

internas

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Quemado incorrecto del clínker (quemado demasiado ligero)

500 µmPorosidad muy alta

Atolón de belita

Nidos de CaO libre

Alita de tamaño pequeño

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Enfriamiento muy rápido del clínker (aluminato y ferrita muy bien mezclados)

15 µmFase líquida homogénea

Poro

Alita

Belita

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Enfriamiento normal del clínker: (aluminato y ferrita cristalizan separados, alita sólo levemente descompuesta)

? µmAluminato

Ferrita

Leve descomposición de alita

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Enfriamiento insuficiente del clínker (descomposición moderada de alita)

10 µmBorde de alita descompuesta

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Enfriamiento totalmente insuficiente del clínker (descomposición avanzada de alita)

15 µmBorde de alita descompuesta

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Estabilización insuficiente de la belita (formación de belita gama)

150 µm

Belita

Belita

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Composición química incorrecta (SC excesiva, por mala calibración del equipo de rayos X)

150 µmBelita completamente ausente!

Alita

CaO libre

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Desarrollo de los minerales del clínker

La formación del clínker también es una metamorfosis

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Desarrollo de los minerales del clínker (1250 °C)

300 µmPoro

Belita

Mineral de hierro

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200 µmPoro

Belita

57



200 µm

Poro

Alita

Belita

CaO libre

Fase líquida

58



50 µmPoro

Alita

Fase líquida

Belita

59


Desarrollo de los minerales del clínker (15 min. a 1400 °C)

50 µmPoro

Fase líquida

Belita

Alita

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Desarrollo de los minerales del clínker (30 min. a 1400 °C)

50 µmPoroAlita

Belita

Fase líquida

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